Школьная физика. Перезаряженный конденсатор.

[lantza]

Здравствуйте. У меня есть вопрос, который мучает меня. Нигде про это в учебных пособиях, учебниках, интернете (или я плохо гуглю) нет. Только в задачах, в которых, впрочем, даны решения в кратком виде, но они не описывают физические явления. Я не могу понять эти явления, из-за чего не могу решить задачу.
Так вот, все знают, кто конденсатор - устройство для накопления заряда и энергии энергетического поля. Как я понимаю процесс зарядки:

Если зарядить пустой конденсатор к источнику постоянного тока, то по проводнике потечет ток, поскольку на одной из обкладок конденсатора накапливаются заряды, "смещая" соседние на другой обкладке через кулоновские силы. Фактически, между обкладками ток не течет (поскольку там воздух), а ток на соседних проводниках течет из-за этих кулоновских сил на обкладках.
Это произойдет до сих пор, пока конденсатор не зарядится до напряжения источника тока U. На конденсаторе будет заряд $Q=CU$. (Если я ошибаюсь, то, пожалуйста, поправьте меня и расскажите, как на самом деле происходит зарядка конденсатора и течение тока.)

Вопрос вот в чем. Допустим, возьмем источник тока с напряжением 4U и зарядим конденсатор до этого источника. Потом присоединим конденсатор к источнику тока с меньшем напряжением U. Что будет? Куда-нибудь денется "лишний" заряд (для источника) Q=4CU? Потечет ли ток? Если да, то почему? В какую сторону? Я никак не пойму это. На рисунках я нарисовал два варианта возможных ситуаций:


Уточню, что такая конфигурация в виденных мною задачах имеется с одним небольшим различием: там последовательно с перезаряженным конденсатором присоединили еще и катушку.

[DimaM]

lantza в сообщении #931405 писал(а):

Потечет ли ток? Если да, то почему? В какую сторону?

Конденсатор будет разряжаться, ток потечет на левой картинке против часовой стрелки, на правой - по часовой.

[Munin]

lantza в сообщении #931405 писал(а):

Куда-нибудь денется "лишний" заряд (для источника) Q=4CU? Потечет ли ток? Если да, то почему? В какую сторону?

Да, потечёт. Через источник, в обратном направлении.

Надо понимать, что источник - это не автомат по перекачиванию зарядов, а такая же электрическая цепь. Его можно заставить "работать задом наперёд". Например, если к источнику $U$ подключить более мощный источник $2U.$ Просто на практике это не всегда рекомендуется, прибор может перегореть или сломаться.

Почитайте, что такое внутреннее сопротивление, идеальный источник тока, идеальный источник напряжения, закон Ома для источника.

[lantza]

Munin в сообщении #931420 писал(а):

Да, потечёт. Через источник, в обратном направлении.

Надо понимать, что источник - это не автомат по перекачиванию зарядов, а такая же электрическая цепь. Его можно заставить "работать задом наперёд". Например, если к источнику $U$ подключить более мощный источник $2U.$ Просто на практике это не всегда рекомендуется, прибор может перегореть или сломаться.

Почитайте, что такое внутреннее сопротивление, идеальный источник тока, идеальный источник напряжения, закон Ома для источника.

Источник тока - это та же цепь. Вот про этот факт я и не знал, спасибо.
То есть, как я понял, перезаряженный конденсатор - это "новый" источник ЭДС. Конденсатор разряжается, совершая при этом работу по перемещению зарядов против работы первичного источника (через который проходит ток, это очень важное условие!).
Если, например, у конденсатора имеется сопротивление проводников $R$, у конденсатора изначально ЭДС 2$\varepsilon\, а у первичного источника $\varepsilon, то там по закону сохранения энергии работа первичного источника равна (которая, по идее, отрицательна) сумме работы конденсатора и выделения тепла (C\varepsilon-2C\varepsilon)\varepsilon=\frac{1}{2}C\varepsilon^2-\frac{1}{2}C(2\varepsilon)^2+Q, где Q можно найти через закон Джоуля-Ленца и закон Ома. Вот почему и не рекомендуется на практике подключать более мощный источник.
Именно поэтому ток проходит в обратном направлении.

Если я все правильно понял, то большое вам спасибо.

[rustot]

почему на практике не рекомендуют? на практике так допустим заряжают аккамуляторы. не рекомендуют когда приток энергии в источник вреден, ведет к нагреву или к вредным химическим реакциям

[Munin]

rustot в сообщении #931458 писал(а):

почему на практике не рекомендуют?

Я сказал "не всегда". Некоторые источники к этому прекрасно относятся, а некоторые - нет. Зависит от конкретной конструкции источника.

Да, с аккумуляторами - прекрасный пример.

[juriy]

А можно ли переменной фазой с помощью диодов зарядить конденсатор без нулевого провода?

[Munin]

lantza в сообщении #931439 писал(а):

Если я все правильно понял, то большое вам спасибо.

Слова похожи на правду, формулу внимательно не смотрел.

[warlock66613]

juriy в сообщении #931657 писал(а):

А можно ли переменной фазой с помощью диодов зарядить конденсатор без нулевого провода?

В принципе можно, но отключать обкладки от сети нужно не при смене знака напряжения, а в при достижении максимума. Одними диодами тут, пожалуй, не обойтись, нужна более сложная схема.

[juriy]

warlock66613 в сообщении #931699 писал(а):

juriy в сообщении #931657 писал(а):

А можно ли переменной фазой с помощью диодов зарядить конденсатор без нулевого провода?

В принципе можно, но отключать обкладки от сети нужно не при смене знака напряжения, а в при достижении максимума. Одними диодами тут, пожалуй, не обойтись, нужна более сложная схема.

А если фазу подводить к контору конденсатора с трансформатором с собственной частотой равной частоте фазы, то можно на вторичной обмотке трансформатора получить ток?

[rustot]

тут дело не в "собственной частоте" а в емкости цепи. если вы в фазу воткнете спицу, то по ней уже будет течь ток, определяемые ее емкостью, порядка десятой доли микроампера. если вы возьметесь за нее (заизолировавшись от земли), то увеличите емкость и ток возрастет до десятка микроампер. сколь нибудь заметно повлиять включением в цепь индуктивности вы не сможете, потому-что она должна быть чудовищной величины, десятки тысяч гн